專利名稱：基于水溶性感光膠的功率型白光led平面涂層工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電技術領域，具體涉及一種基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝。
背景技術：
LED是light emitting diode的簡稱。1993年，藍色GaN發(fā)光二極管上獲得技術突破，并于1996年實現(xiàn)白光LED，近幾年正向第四代照明光源的發(fā)展——以白光LED為主的半導體照明光源的方向發(fā)展。白光LED具有低電壓驅動、低功耗、高可靠、長壽命等優(yōu)點，是一種符合環(huán)保、節(jié)能的綠色照明光源。因此，它的問世引起各國政府和諸多商家公司賦予極大熱忱和高度重視。
到目前為此，已知的共有四條途徑可以實現(xiàn)白光LED，其中一個重要途徑是在藍光LED芯片的表面涂覆一層厚度適當?shù)狞S色熒光粉(YAG:Ce3+)，黃色熒光粉吸收從藍色LED芯片發(fā)出的部分藍光后轉變?yōu)辄S光，產(chǎn)生的黃光和剩下的藍光通過混色原理疊加形成白光。然而在現(xiàn)有工藝條件下，主要采用將熒光粉顆粒與透明膠體(如環(huán)氧膠、硅膠等)混合，通過灌封、噴涂等工藝涂覆熒光粉與膠體的混合層，得到的熒光粉層厚度不均勻，從而使LED出光的均一性差，且混合熒光粉的膠體有一定的衰減性，對白光LED產(chǎn)品的壽命也有影響。并且器件間的熒光粉厚度不可重復，這大大限制了成品率和產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是如何提供一種基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，該工藝將熒光粉與合適的水性感光膠混合，通過對涂膠、曝光、顯影等相關參數(shù)的改變，從而對熒光粉層的形狀、厚度進行控制，得到厚度、均勻性和相關物化特性都滿足需要的熒光粉層，改善熒光粉層相關物化特性，提高LED器件的整體性能，滿足產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)的需要。
本發(fā)明所提出的技術問題是這樣解決的提供一種基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，包括以下步驟①配制有機膠體按有機成分與去離子水的質(zhì)量比為2～22∶100比例配制有機膠體，靜止至氣泡消失，所述有機成分為聚乙烯醇(PVA)；②配制光敏劑溶液按重鉻酸銨或者重氮化合物與去離子水的質(zhì)量比為0.02～12∶100比例配制光敏劑；③混合成感光體系將有機膠體與光敏劑按體積比為2～20∶1比例混合，然后加入消泡劑，其中消泡劑與混合液的體積比為1∶2～20，該消泡劑為稀釋了5～30倍的有機硅消泡劑或硅油消泡劑；④配制含有熒光粉的感光膠懸浮液將步驟③所得感光體系和功能有機成分以及熒光粉混合，所述感光體系和功能有機成分按體積比為2～100∶1進行配比，熒光粉的量按與感光體系0.1～1g/ml的比例添加；⑤涂覆將步驟④所得的感光膠懸浮液涂覆在LED芯片表面上，形成熒光粉涂層，并在暗室中自然陰干或風干；⑥曝光顯影將完成步驟⑤的LED芯片接上電源，讓芯片自身發(fā)光對粉層中的感光成分進行曝光，通過芯片的電流和通電時間的控制即曝光光通量的控制來實現(xiàn)不同的曝光程度，然后在溫度為50～90℃的顯影液中顯影，顯影時間為1～10min，得到具有平面結構的熒光粉層；⑦固化處理將步驟⑥所得到的熒光粉層進行固化(如熱固化，二次光固化)，使粉層的物化特性穩(wěn)定。
按照本發(fā)明所提供基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，步驟①中配制有機膠體時，加入無水乙醇、冰乙酸和分散劑中的一種或者多種，其中無水乙醇加入量占總體積的5～25％，冰乙酸加入量占總體積的1～5％，分散劑的加入量為占總質(zhì)量的0.001～1％，所述分散劑為含有磺酸基的有機化合物，無水乙醇減少溶解過程中產(chǎn)生的氣泡，冰乙酸加速有機膠的溶解；分散劑能使光敏劑均勻分散于有機膠體中。
按照本發(fā)明所提供基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟④中，所述功能有機成分為粘合劑或抗紫外或抗氧化劑，可以是硅膠、環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙烯酯和丙烯酸酯聚合物中的一種或者多種。
按照本發(fā)明所提供基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟④中，若選擇硅膠為粘合劑，則需加入乳化劑進行乳化，該乳化劑為O/W型乳化劑；若選擇環(huán)氧樹脂，需加入固化劑，環(huán)氧樹脂和固化劑的重量比為10∶1～5，所述固化劑為苯酚樹脂或氨基樹脂等高分子固化劑。
按照本發(fā)明所提供基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟④中，加入特定功能有機成分形成具有穩(wěn)定內(nèi)外相結構的粉漿和熒光粉層。
按照本發(fā)明所提供基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟④中，熒光粉可以首先與功能有機成分混合均勻，再與步驟③所得感光液混合，得到感光粉漿；也可以先讓功能有機成分與步驟③所得感光液混合均勻，再加入熒光粉混合均勻。
按照本發(fā)明所提供基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟⑤中，熒光粉層涂覆方法采用旋轉涂膠法、噴涂法、滴膠法和印刷法中的一種。
按照本發(fā)明所提供基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟⑥中曝光，可以采用芯片自曝光的方式；也可以采用UV光結合掩模板的外曝光方式。
按照本發(fā)明所提供基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟⑦中，固化方式為二次曝光或者UV再固化或者熱固化。
本發(fā)明的所提供的基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，以有機膠體(如PVA，聚乙烯醇)和光敏劑(如ADC，重鉻酸銨、重氮化合物)組成的感光體系為熒光粉的載體，感光體系、功能有機化合物(如粘合劑、抗紫外、抗氧化劑)和熒光粉混合均勻后，形成含熒光粉的感光膠懸浮液(即粉漿)，為了得到更加穩(wěn)定的懸浮液，可以引入相關的分散劑、消泡劑。通過涂膠、曝光、顯影后，在LED芯片表面形成以有機膠體為外相、功能有機化合物為內(nèi)相的平面結構熒光粉涂層，改善器件的光學均勻性和熱穩(wěn)定性，從而提高功率型白光LED器件的整體性能。


圖1(圖1a～圖1d)是本發(fā)明的制作功率型白光LED熒光粉層的工藝過程示意圖，其中圖1a是所選用LED芯片的結構示意圖，圖1b是涂覆有熒光粉粉漿的LED芯片的示意圖，圖1c是曝光顯影后得到的粉層圖案示意圖，圖1d是熒光粉層后固化的示意圖；圖2是本方案制備的具有內(nèi)外相結構的熒光粉層示意圖。
其中，1、襯底，2、P區(qū)電極，3、N區(qū)電極，4、LED芯片，5、內(nèi)相功能有機成分，6、外相感光體系，7、顯影后的熒光粉層，8、后固化的熒光粉層。
具體實施例方式
下面結合附圖以及實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1(1a～1d)是使用本發(fā)明制作功率型白光LED熒光粉層過程的示意圖，圖1a是所用LED芯片的結構示意圖(1、襯底，2、P區(qū)電極，3、N區(qū)電極，4、LED芯片)，圖1b是涂覆有熒光粉粉漿的LED芯片的示意圖，5為內(nèi)相功能有機成分，6為外相感光體系，熒光粉分散于內(nèi)外相中，功能有機化合與感光體系混合均勻，加入適量的熒光粉并混合均勻后，形成含有熒光粉的感光膠懸浮液(即粉漿)，然后采用旋轉涂膠法、噴涂法、滴膠法或印刷法等方式，將上述粉漿涂覆在LED芯片表面，圖2b中，采用的是滴膠法形成的熒光粉層，熒光粉層涂覆后，應在暗室中自然陰干或風干。
圖1c是芯片曝光顯影后得到的熒光粉層示意圖。曝光方式可以采用LED芯片自曝光或UV光結合掩模板的外曝光，通過曝光程度的控制，實現(xiàn)具有確定厚度和圖案的熒光粉層。
圖1d是后固化的熒光粉層示意圖。后固化的方式可以是二次自曝光，也可以是UV再固化，還可以是熱固化，以實現(xiàn)熒光粉層更加穩(wěn)定的物化特性。
圖2是本方案制備的具有內(nèi)外相結構的熒光粉層示意圖，其中5是內(nèi)相功能有機成分，6是外相感光體系。
外相感光體系是由有機膠體(成膜劑)和光敏劑(增感劑)組成，且都是水溶性的，有機膠體如PVA，光敏劑如ADC或重氮化合物；內(nèi)相功能有機成分選用硅膠、環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、丙烯酸酯聚合物等，以改善粉層的粘合特性、抗紫外、抗氧化特性。加入熒光粉并均勻混合后，形成含熒光粉的感光膠懸浮液(即粉漿)，有時需要通過添加消泡劑、分散劑，以改善懸浮液的穩(wěn)定性。其大致步驟如下第一、按一定質(zhì)量比配制有機膠體，靜置至氣泡消失，這樣可以增加有機膠體的穩(wěn)定性。必要時，加入分散劑；第二、按一定質(zhì)量比配制光敏劑溶液；第三、將有機膠體與光敏劑按一定比例混合，形成感光體系，可以加入適量的消泡劑，使光敏劑均勻分散于有機膠體中；第四、取適量功能有機成分，稱取相應質(zhì)量的熒光粉，并取相應比例的感光液，三者混合攪拌均勻，得到含有熒光粉的感光膠懸浮液(即粉漿)。在混合時，加入適量的乳化劑(如硅膠情況)或固化劑(如環(huán)氧樹脂情況)，使粉漿形成穩(wěn)定的內(nèi)外相結構。
第五、利用上述感光膠粉漿，采用旋轉涂膠法、噴涂法、滴膠法或印刷法等方式，在LED芯片表面上涂覆一層粉漿，并在暗室中自然陰干或風干；第六、對第五步得到的感光膠粉層進行曝光顯影，曝光方式可以采用LED芯片自曝光或UV光結合掩模板的外曝光。
第七、將得到的具有平面結構的熒光粉層進行后固化處理，圖1d所示，后固化處理的方式可以是二次自曝光，也可以是UV再固化，還可以是熱固化。以實現(xiàn)熒光粉層更加穩(wěn)定的物化特性。
以下是本發(fā)明的具體實施例實施例一稱量3.5g聚乙烯醇(PVA)和43.8mg的十二烷基磺酸鈉與25ml去離子水混合，再加入2.5ml無水乙醇和0.5ml冰乙酸，在沸水浴中攪拌溶解約10min，溶液呈現(xiàn)透明均一狀，無結核現(xiàn)象。靜置，待氣泡消失；稱量315.8mg重鉻酸銨(ADC)與6ml去離子水混合均勻，在暗室中放置；將PVA溶液與ADC溶液混合，并加入稀釋20倍后的有機硅消泡劑6ml攪拌均勻后，在暗室中放置；等體積量取硅膠A和硅膠B共310ul混合，稱量800mg黃色熒光粉，與混合硅膠混合均勻后，再與3.1ml上步中的混合感光膠液體混合均勻，得到含有熒光粉的感光膠懸浮液(即粉漿)；將感光粉漿點膠在芯片正表面上，在勻膠機進行勻膠，勻膠機的轉速約為1400r，勻膠時間為10s，將勻膠好的芯片在暗室中約10min陰干；調(diào)節(jié)恒流源的電流為10mA，將芯片正負極接在恒流的電極上，接通電源，曝光時間為1～5s；在85℃的水浴中顯影，時間約為3～5min；用高壓汞燈(300W，365nm)的紫外光源，后曝光5min。
實施例二稱量3.763g聚乙烯醇(PVA)與50ml去離子水混合，在沸水浴中攪拌溶解約15min，溶液呈現(xiàn)透明均一狀，無結核現(xiàn)象。靜置，待氣泡消失；稱量315.8mg重鉻酸銨(ADC)與6ml去離子水混合均勻，在暗室中放置；將PVA溶液與ADC溶液混合，攪拌均勻后，在暗室中放置；
等體積量取硅膠A和硅膠B共310ul混合，稱量800mg黃色熒光粉，與混合硅膠混合均勻后，再與3.1ml上步中的混合感光膠液體混合均勻，得到含有熒光粉的感光膠懸浮液(即粉漿)，在真空干燥箱中除去粉漿中的氣泡；將感光粉漿點膠在芯片正表面上，涂覆均勻，將涂好的芯片在暗室中約30min自然陰干；調(diào)節(jié)恒流源的電流為10mA，將芯片正負極接在恒流的電極上，接通電源，曝光時間為1～5s；在85℃的水浴中顯影，時間約為3～5min；用高壓汞燈(300W，365nm)的紫外光源，后曝光5min。
權利要求
1.一種基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，包括以下步驟①配制有機膠體按有機成分與去離子水的質(zhì)量比為2～22∶100比例配制有機膠體，靜止至氣泡消失，所述有機成分為聚乙烯醇；②配制光敏劑溶液按重鉻酸銨或重氮化合物與去離子水的質(zhì)量比為0.02～12∶100比例配制光敏劑；③混合成感光體系將有機膠體與光敏劑按體積比為2～20∶1比例混合，然后加入消泡劑，其中消泡劑與混合液的體積比為1∶2～20，該消泡劑為稀釋了5～30倍的有機硅消泡劑或硅油消泡劑；④配制含有熒光粉的感光膠懸浮液將步驟③所得感光體系和功能有機成分以及熒光粉混合，所述感光體系和功能有機成分按體積比為2～100∶1進行配比，熒光粉的量按與感光體系0.1～1g/ml的比例添加；⑤涂覆將步驟④所得的感光膠懸浮液涂覆在LED芯片表面上，形成熒光粉涂層，并在暗室中自然陰干或風干；⑥曝光顯影將完成步驟⑤的LED芯片接上電源，讓芯片自身發(fā)光對粉層中的感光成分進行曝光，然后在溫度為50～90℃的顯影液中顯影，顯影時間為1～10min，得到具有平面結構的熒光粉層；⑦固化處理將步驟⑥所得到的熒光粉層進行固化，使粉層的物化特性穩(wěn)定。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，步驟①中配制有機膠體時，加入無水乙醇、冰乙酸和分散劑中的一種或者多種，其中無水乙醇加入量占總體積的5～25％，冰乙酸加入量占總體積的1～5％，分散劑的加入量為占總質(zhì)量的0.001～1％，所述分散劑為含有磺酸基的有機化合物。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟④中，所述功能有機成分是硅膠、環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙烯酯和丙烯酸酯聚合物中的一種或者多種。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟④中，功能有機成分若選擇硅膠為粘合劑，則需加入乳化劑進行乳化，該乳化劑為O/W型乳化劑；若選擇環(huán)氧樹脂，需加入固化劑，環(huán)氧樹脂和固化劑的重量比為10∶1～5，所述固化劑為苯酚樹脂或氨基樹脂等高分子固化劑。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟⑤中，熒光粉層涂覆方法采用旋轉涂膠法、噴涂法、滴膠法和印刷法中的一種。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟⑥中，曝光方式采用芯片自曝光的方式或者采用UV光結合掩模板的外曝光方式。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，其特征在于，在步驟⑦中，固化方式為二次曝光或者UV再固化或者熱固化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于水溶性感光膠的功率型白光LED平面涂層工藝，包括以下步驟①配制有機膠體；②配制光敏劑溶液；③混合成感光體系將有機膠體與光敏劑按比例混合，加入少量分散劑或消泡劑使光敏劑均勻分散于有機膠體中，形成符合要求的感光體系；④配制含有熒光粉的感光膠懸浮液將功能有機成分、熒光粉和步驟③所得感光液按比例混合，攪拌均勻，制得熒光粉粉漿；⑤涂覆將步驟④所得的熒光粉粉漿涂覆在LED芯片表面上，形成熒光粉涂層，并在暗室中自然陰干或風干；⑥曝光顯影得到平面結構的熒光粉層；⑦固化處理將步驟⑥所得到的平面結構的熒光粉層進行固化，使粉層的物化特性穩(wěn)定。
文檔編號H01L33/00GK101093869SQ20071004961
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月26日 優(yōu)先權日2007年7月26日
發(fā)明者饒海波, 李君飛, 侯斌 申請人:電子科技大學